寧波材料所揭示鋰離子電池循環(huán)穩(wěn)定性機理

  如何在現(xiàn)有鋰離子電池可用電極材料體系的前提下，提高鋰離子電池性能特別是其循環(huán)穩(wěn)定性，是目前全世界研究的重點和熱點。

　　固體電解質(zhì)界面膜，即SEI(Solid Electrolyte Interface)膜是在液態(tài)電解液鋰離子電池首次（或前幾次）充放電過程中，電極材料與電解液在固液界面上發(fā)生反應(yīng)，形成一層具有保護功能、覆蓋于電極材料(尤其是負極)表面的具有固體電解質(zhì)特征的鈍化界面層。雖然不同電解液能夠在很大程度上影響電池的性能，但是其內(nèi)在機理即不同電解液所形成的SEI膜結(jié)構(gòu)、化學組成與電池的關(guān)系長久以來由于缺乏有效研究手段而被忽視。

　　中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所所屬新能源所博士沈彩及其研究團隊最近通過利用原位電化學原子力顯微鏡實時研究了以碳酸乙烯酯(EC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)為基礎(chǔ)電解液的SEI膜的生長過程，發(fā)現(xiàn)這兩種電解液所形成的SEI膜在成膜電位、致密性、穩(wěn)定性和厚度上區(qū)別顯著，結(jié)合XPS光譜分析，研究者發(fā)現(xiàn)FEC電解液所形成的SEI膜中含有較多的LiF無機鹽，由于LiF具有較好的硬度和穩(wěn)定性，結(jié)合其SEI膜的致密性由此解釋了FEC電解液成膜穩(wěn)定性的機理。該研究結(jié)果發(fā)表在美國化學會期刊ACS Applied Materials & Interfaces上(2015, 7, 25441—25447)。

　　電化學原子力顯微鏡結(jié)合光譜技術(shù)，有望成為鋰離子電池電解液和添加劑成膜機制的有力表征手段，加快各種電解液和添加劑的優(yōu)化篩選過程。

　　上述工作得到了國家自然科學基金青年項目、中科院青年創(chuàng)新促進會的資助。

　　Figure 1. In situ AFM images of HOPG electrode cycled at a scanning rate of 5 mV/s between 3.0 and 0.0 V in the 1 mol/L LiPF₆/FEC/DMC.

　　Figure 2. A proposed model for the SEI layers formed from (a) LiPF₆/EC/DMC electrolyte and (b) LiPF₆/FEC/DMC electrolyte.